Water vapor is a greenhouse gas that dominates Earth’s terrestrial radiation absorption. As the planetary temperature warms, forced by increasing ${\mathrm{CO}}_2$ and other greenhouse gases, water vapor content of the atmosphere increases, thereby producing the strongest positive feedback in the climate system. At the same time, the rate at which atmospheric temperature drops with height (the “lapse rate”) is expected to decrease with warming. This represents a smaller, but significant, negative feedback since it enables the planet to radiate more effectively to space. The two feedbacks are closely coupled to each other, and the combined result represents the foundational net positive feedback in the climate system, mandating substantial global warming in response to increased greenhouse gases. This review summarizes the published work that has provided an ever deepening understanding of these critical feedbacks. The historical context, beginning with the 19th century awakening to the importance of water vapor in the climate, is outlined before the review’s focus shifts to the theoretical, observational, and modeling work in recent decades that has transformed our understanding of the feedbacks’ role in climate change. It is shown that the evidence is now overwhelming that combined water vapor and lapse rate processes indeed provide the strongest positive feedback in the climate system. However, important challenges remain. This review provides physicists with a deeper understanding of these feedbacks and stimulates engagement with the climate research community. Together the scientific community can facilitate further rigor, understanding, and confidence in these most fundamental Earth system processes.

中文翻译：

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气候系统中的水汽和失效率反馈

水蒸气是一种温室气体，在地球的陆地辐射吸收中占主导地位。随着地球温度变暖，被迫增加${\mathrm{二氧化碳}}_2$和其他温室气体一样，大气中的水蒸气含量增加，从而在气候系统中产生最强的正反馈。同时，大气温度随高度下降的速率（“递减率”）预计会随着变暖而降低。这代表了一个较小但重要的负反馈，因为它使行星能够更有效地向太空辐射。这两种反馈相互密切耦合，综合结果代表了气候系统中的基本净正反馈，要求全球变暖以应对温室气体增加。这篇评论总结了已发表的工作，这些工作提供了对这些关键反馈的不断加深的理解。历史背景，从 19 世纪开始意识到水蒸气在气候中的重要性，在评论的重点转移到近几十年来改变了我们对反馈在气候变化中作用的理解的理论、观测和建模工作之前，概述了这一点。结果表明，现在压倒性的证据表明，水蒸气和递减率过程的结合确实在气候系统中提供了最强的正反馈。然而，重要的挑战依然存在。这篇综述使物理学家对这些反馈有了更深入的了解，并促进了与气候研究界的互动。科学界可以共同促进对这些最基本的地球系统过程的进一步严谨、理解和信心。在评论的重点转移到近几十年来改变了我们对反馈在气候变化中作用的理解的理论、观测和建模工作之前，概述了这一点。结果表明，现在压倒性的证据表明，水蒸气和递减率过程的结合确实在气候系统中提供了最强的正反馈。然而，重要的挑战依然存在。这篇综述使物理学家对这些反馈有了更深入的了解，并促进了与气候研究界的互动。科学界可以共同促进对这些最基本的地球系统过程的进一步严谨、理解和信心。在评论的重点转移到近几十年来改变了我们对反馈在气候变化中作用的理解的理论、观测和建模工作之前，概述了这一点。结果表明，现在压倒性的证据表明，水蒸气和递减率过程的结合确实在气候系统中提供了最强的正反馈。然而，重要的挑战依然存在。这篇综述使物理学家对这些反馈有了更深入的了解，并促进了与气候研究界的互动。科学界可以共同促进对这些最基本的地球系统过程的进一步严谨、理解和信心。结果表明，现在压倒性的证据表明，水蒸气和递减率过程的结合确实在气候系统中提供了最强的正反馈。然而，重要的挑战依然存在。这篇综述使物理学家对这些反馈有了更深入的了解，并促进了与气候研究界的互动。科学界可以共同促进对这些最基本的地球系统过程的进一步严谨、理解和信心。结果表明，现在压倒性的证据表明，水蒸气和递减率过程的结合确实在气候系统中提供了最强的正反馈。然而，重要的挑战依然存在。这篇综述使物理学家对这些反馈有了更深入的了解，并促进了与气候研究界的互动。科学界可以共同促进对这些最基本的地球系统过程的进一步严谨、理解和信心。